Oxidarea toluenului la acid benzoic

OXIDAREA TOLUENULUI LA ACID BENZOIC

Acidul benzoic este cristalizat sub forma de ace lucioase, d¹⁵ = 1,2659 g/cm³, p.t. = 122,45 °C, p.f. = 250 °C, solubil in cloroform, tetraclorura de carbon.

Se utilizeaza ca adaos in fabricarea rasinilor alchidice, ca stabilizator in procesul de polimerizare a caprolactamei, pentru peptizarea elastomerilor si ca plastifiant. Din acid benzoic se obtin o serie de intermediari pentru industria de sinteza fina: clorura de benzoil, anhidrida benzoica, benzoat de benzil, de metil, benzonitril etc. Acidul benzoic si benzoatii, avand actiuni bacteriostatice si bactericide, se utilizeaza drept conservanti in industria alimentara si in diferite preparate cosmetice si faramceutice.

Oxidarea toluenului la acid benzoic se desfasoara in faza lichida conform reactiei exoterme:

DH = 104 Kcal/mol

Este un proces care are loc printr-un mecanism radicalic inlantuit, cu formarea intermediar a hidroperoxizilor prin scindarea carora iau nastere produsii de oxidare. Procesul se desfasoara in prezenta unor catalizatori, dintre care cei mai eficienti sunt cei pe baza de naftenati de cobalt si mangan; se mai pot utiliza si saruri de cupru cu promotori saruri de mangan.

Selectivitatea procesului, care are loc printr-o schema de reactii complexa, constituita dintr-o serie de reactii paralele si consecutive, este determinata de temperatura si natura catalizatorului.

Oxidarea catalitica a toluenului la acid benzoic in faza lichida are loc la temperatura de 130 - 140 °C si presiunea de 4 atm.

Schema procedeului de oxidare a toluenului la acid benzoic

1 - reactor de oxidare tip coloana cu barbotare; 2 - dozator; 3 - racitor; 4 - separator gaz-lichid; 5, 8, 9, 10 - coloana de distilare cu talere; 6 - refierbator;  7 - evaporator

Reactorul de oxidare este de tip coloana (raportul H : D = 7 : 1) prevazut cu sisteme de eliminare a caldurii de reactie. Intr-o alta varianta se poate utiliza un reactor de tip "air - lift" care este astfel construit incat sa permita eliminarea rapida a caldurii de reactie. Ca agent de racire se utilizeaza apa, care preluand caldura de reactie se transforma in abur.

Prelucrarea masei de reactie se face diferit in functie de utilizarile acidului benzoic. O metoda mai veche consta in tratarea cu o solutie apoasa de NaOH si separarea acidului benzoic sub forma de benzoat de sodiu. Atunci cand este necesara obtinerea acidului benzoic pur, tinand seama de faptul ca masa de reactie contine in afara produsului principal, materie prima (toluen) nereactionata, o serie de produsi secundari (benzaldehida, benzoat de benzil, rasini etc.) si catalizator, purificarea se face prin distilare.

Coloana de distilare la presiune atmosferica separa pe la varf toluenul nereactionat (110 °C) care se recircula.

Produsul din blazul coloanei de separare a toluenului se trimite la evaporare unde se separa o fractie volatila si una nevolatila.

Fractia nevolatila se trece la regenerarea catalizatorului. Catalizatorul regenerat se recircula.

Fractia volatila de la coloana de evaporare este distilata in vid (presiune remanenta 30 - 40 mm Hg) varful coloanei fiind mentinut la 150 - 160 °C, iar blazul la 200 °C.Produsele volatile separate pe la varful coloanei anterioare fie se recircula la oxidare, fie se distila in vid (40 mm Hg) si se separa benzaldehida si un reziduu care poate fi trimis la oxidare.

Eficacitatea coloanelor de distilare este de 5 - 9 talere, ratia de reflux variind in limita largi (0,2 - 10).

Conversia realizata este de 50 - 60 %.